大型分布式空間監(jiān)測(cè)雷達(dá)的最優(yōu)化波束對(duì)齊方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明為一種大型分布式空間監(jiān)測(cè)雷達(dá)的最優(yōu)化波束對(duì)齊方法，包括以下步驟：步驟一、讀入待分析的多個(gè)初始站址參數(shù)；步驟二、根據(jù)步驟一的站址參數(shù)，計(jì)算發(fā)射站、接收站的最優(yōu)測(cè)站偏轉(zhuǎn)角度；步驟三、根據(jù)基于圓錐角度坐標(biāo)的收發(fā)波束二維投影分析方法進(jìn)行發(fā)射波束投影：步驟四、在發(fā)射波束投影圖中，根據(jù)最優(yōu)波束覆蓋計(jì)算方法，利用最優(yōu)門(mén)限對(duì)發(fā)射波束投影區(qū)域進(jìn)行排列覆蓋，給出每個(gè)接收波束指向，并對(duì)收發(fā)覆蓋情況進(jìn)行直觀評(píng)估；步驟五、將初始站址代入最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，按照約束條件迭代求解最優(yōu)站址；步驟六、將步驟五計(jì)算的最優(yōu)站址后代入步驟一中，重新進(jìn)行波束覆蓋，滿足設(shè)計(jì)要求后結(jié)束整個(gè)流程。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
大型分布式空間監(jiān)測(cè)雷達(dá)的最優(yōu)化波束對(duì)齊方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及大型分布式空間監(jiān)測(cè)雷達(dá)的最優(yōu)化波束對(duì)齊技 術(shù)，特別設(shè)及一種大型分布式空間監(jiān)測(cè)雷達(dá)的最優(yōu)化波束對(duì)齊方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地基雷達(dá)設(shè)備是獲取近地軌道空間碎片信息的最主要來(lái)源。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)近地軌道 碎片的完備、無(wú)遺漏探測(cè)，地基雷達(dá)的東西向覆蓋空域至少要大于軌道碎片的鄰圈經(jīng)度跨 度，即對(duì)1000km軌道高度目標(biāo)，雷達(dá)的東西向覆蓋寬度需要高達(dá)27度經(jīng)度。單臺(tái)雷達(dá)難W實(shí) 現(xiàn)上述需求，只有采用大型分布式雷達(dá)系統(tǒng)來(lái)才能實(shí)現(xiàn)完備的空間監(jiān)測(cè)，典型設(shè)備為美國(guó) 的"電子籬倍"。
[0003] 由于任務(wù)職能的需要，大型分布式空間監(jiān)測(cè)雷達(dá)通常采用連續(xù)波雷達(dá)體制，更易 于進(jìn)行不間斷的連續(xù)探測(cè)。為解決收發(fā)站之間電磁隔離度問(wèn)題，連續(xù)波雷達(dá)體制本身一般 都會(huì)采用收發(fā)站分置的模式。而且，為了獲得大范圍東西向空域覆蓋，分布式雷達(dá)的站址間 距會(huì)很大，通常收發(fā)站址最近距離能達(dá)到400km。此外，空間監(jiān)測(cè)雷達(dá)為了獲得大的功率增 益，會(huì)將波束寬度壓縮至較窄，特別是南北向?qū)挾龋径际?.1度量級(jí)。可W看出，分布式 雷達(dá)要實(shí)現(xiàn)如此遠(yuǎn)距離、大范圍、極窄波束的高精度空域拼接和對(duì)齊，如何選擇優(yōu)化的站址 位置、確定測(cè)站的最優(yōu)偏轉(zhuǎn)角度W及波束的精確指向等運(yùn)些最優(yōu)化波束對(duì)齊問(wèn)題是決定雷 達(dá)系統(tǒng)能否成功構(gòu)建和有效運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。
[0004] 結(jié)合大型分布式空間監(jiān)測(cè)雷達(dá)的最優(yōu)化波束對(duì)齊需求，尋找一種能夠最優(yōu)化確定 雷達(dá)站址、測(cè)站偏轉(zhuǎn)方向W及波束的精準(zhǔn)指向的波束對(duì)齊方法，并能夠?qū)Σㄊ沼驅(qū)R效 果進(jìn)行定量描述和評(píng)估，運(yùn)對(duì)于大型分布式空間監(jiān)測(cè)雷達(dá)的系統(tǒng)規(guī)劃和布站建設(shè)十分必 要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明主要目的是解決大型分布式空間監(jiān)測(cè)雷達(dá)在波束對(duì)齊的難題，滿足能夠最 優(yōu)化求解雷達(dá)站址、測(cè)站偏轉(zhuǎn)方向W及波束的精準(zhǔn)指向等波束對(duì)齊參數(shù)，并定量描述和評(píng) 估波束對(duì)齊效果的需求。
[0006] 本發(fā)明通過(guò)W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的。
[0007] -種大型分布式空間監(jiān)測(cè)雷達(dá)的最優(yōu)化波束對(duì)齊方法，包括W下步驟：
[000引步驟一、讀入待分析的多個(gè)初始站址參數(shù)；
[0009]步驟二、根據(jù)步驟一的站址參數(shù)，按照下式分別計(jì)算發(fā)射站、接收站的最優(yōu)測(cè)站偏 轉(zhuǎn)角度，即發(fā)射站俯仰角Ετ、發(fā)射站方位角At、接收站俯仰角Er、接收站方位角Ar:
[001^ 其中p( Ετ，At)為接收站昭Ij發(fā)射波束中屯、平面的距離；Θ ( Er，Ar)為接收波束 中屯、平面的法線與發(fā)射波束中屯、平面的法線交角；
[0013] 步驟Ξ、將步驟一和步驟二中計(jì)算得到站址、偏轉(zhuǎn)角度代入式(3)，根據(jù)基于圓錐 角度坐標(biāo)的收發(fā)波束二維投影分析方法進(jìn)行發(fā)射波束投影：
[0014]
[001引其中，Rr-g日c、Rt-goc分別表示接收站R和發(fā)射站T在地屯、地固坐標(biāo)系下的位置矢量； Πτ/R表示位置矢量從站屯、地平坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到站屯、赤道坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣;Pt/r表示位置矢 量從陣面坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到站屯、地平坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣;包絡(luò)線上軌道高度為Η的各點(diǎn)表示為 巫T/R-H = [ L，ax-T/R，ay-T/R ] Τ，其中包絡(luò)點(diǎn)到測(cè)站的站屯、斜距為L(zhǎng)，在測(cè)站各自陣面坐標(biāo)系0- xyz的圓錐角度坐標(biāo)αχ-τ/R、αy-τ/R;rΦ(Φτ/R-H)表示包絡(luò)線各點(diǎn)在地屯、地固坐標(biāo)系下的位置矢 量，T/R表示發(fā)射站或者接收站；
[0016] 步驟四、在發(fā)射波束投影圖中，根據(jù)最優(yōu)波束覆蓋計(jì)算方法，利用最優(yōu)口限對(duì)發(fā)射 波束投影區(qū)域進(jìn)行排列覆蓋，給出每個(gè)接收波束指向，并對(duì)收發(fā)覆蓋情況進(jìn)行直觀評(píng)估，若 滿足要求，則結(jié)束整個(gè)流程;否則，執(zhí)行步驟五；
[0017] 步驟五、將初始站址代入最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，按照約束條件(4)迭代求解最優(yōu)站址： [001 引
[0019]其中，兩個(gè)接收站到發(fā)射波束平面中屯、的距離和為Γ ( Ψτ)，Ψτ為最優(yōu)站址，Ψτο 為原始站址，Δ ( Ψτ-Ψτο)為兩站址的差異函數(shù)，At為偏轉(zhuǎn)指向，lower limit、叩per limit為差異函數(shù)的上限和下限，根據(jù)移動(dòng)站址的實(shí)際限制進(jìn)行確定；
[0020] 步驟六、將步驟五計(jì)算的最優(yōu)站址后代入步驟一中，重新進(jìn)行波束覆蓋，滿足設(shè)計(jì) 要求后結(jié)束整個(gè)流程。
[0021] 本發(fā)明的有益效果：
[0022] 1、基于空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型和雷達(dá)波束空域模型，提出了基于圓錐角坐標(biāo)的波束空 間二維投影方法，用于直觀描述和評(píng)估波束對(duì)齊效果。
[0023] 2、建立了最優(yōu)測(cè)站偏轉(zhuǎn)指向、最優(yōu)站址、最優(yōu)波束指向等幾種典型波束對(duì)齊的數(shù) 學(xué)模型和最優(yōu)化解算方法，并能夠利用投影方法進(jìn)行直觀驗(yàn)證。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1為本發(fā)明大型分布式空間監(jiān)測(cè)雷達(dá)的最優(yōu)化波束對(duì)齊方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的介紹。
[0026] 本發(fā)明研究并提出了雷達(dá)站址、測(cè)站偏轉(zhuǎn)方向W及波束的精準(zhǔn)指向等典型波束對(duì) 齊參數(shù)的最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，同時(shí)提出了錐角坐標(biāo)下的分布式雷達(dá)波束空間的二維投影分析 方法，用W描述和評(píng)估最優(yōu)化波束對(duì)齊效果。該方法核屯、首先是利用空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和波束 模型建立了 Ξ維收發(fā)波束空間的二維投影包絡(luò)描述方法，然后將待求解的波束對(duì)齊參數(shù)建 立帶約束的非線性方程，并進(jìn)行求解。
[0027] 本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方案，主要由基于圓錐角坐標(biāo)下的波束空間二維投影和最優(yōu)化波束 對(duì)齊參數(shù)求解兩部分組成。
[0028] ( -）、基于圓錐角度坐標(biāo)的收發(fā)波束二維投影分析方法
[0029] 首先，每個(gè)獨(dú)立測(cè)站都會(huì)建立站屯、地平坐標(biāo)系，即W當(dāng)?shù)厮矫鏋榛鶞?zhǔn)平面，X指 向正北，y軸指向正西，Z軸指向天頂，也記為NWZ(Nodh-West-Zenith)坐標(biāo)系，用來(lái)描述測(cè) 站自身觀測(cè)量和局域的空間坐標(biāo)。兩個(gè)局域的站屯、地平坐標(biāo)系之間并無(wú)直接映射關(guān)系，但 是都能夠與地屯、地固坐標(biāo)系進(jìn)行唯一、可逆的轉(zhuǎn)換。因此，對(duì)于空間中任意點(diǎn)，都可W用地 屯、地固坐標(biāo)系作為過(guò)渡坐標(biāo)系來(lái)建立各個(gè)測(cè)站的站屯、地平坐標(biāo)系的聯(lián)系，進(jìn)行局域坐標(biāo)系 之間的相互轉(zhuǎn)換。
[0030] 其次，對(duì)于矩形陣面天線來(lái)說(shuō)，雷達(dá)波束指向和寬度都是在圓錐角度坐標(biāo)下進(jìn)行 定義的，與俯仰角度坐標(biāo)之間存在映射關(guān)系。圓錐角度坐標(biāo)就是W陣面兩條矩形邊為X軸、y 軸，陣面法向?yàn)閆軸，視線方向?yàn)榕c各個(gè)坐標(biāo)軸線的夾角、即圓錐角分別為αχ、αγ、αζ的Ξ個(gè)圓 錐體表面的交線。在圓錐角度坐標(biāo)下，對(duì)線陣來(lái)說(shuō)，波束的二維包絡(luò)近似于兩條平行線，對(duì) 面陣來(lái)說(shuō)由于Sine函數(shù)的疊加效應(yīng)變?yōu)閃對(duì)應(yīng)波束寬度為長(zhǎng)軸和短軸的楠圓形曲線，易于 波束對(duì)齊與覆蓋。
[0031] 在已知收發(fā)波束包絡(luò)形狀的情況下，計(jì)算出各個(gè)軌道高度下包絡(luò)點(diǎn)在NWZ坐標(biāo)系 中相對(duì)于測(cè)站T和R的位置矢量η和η是關(guān)鍵。當(dāng)陣元數(shù)量和排列方式已知時(shí)，利用收發(fā)波束 的空域模型可W得到包絡(luò)線上各點(diǎn)在測(cè)站Τ的陣面坐標(biāo)系0-xyz的圓錐角度坐標(biāo)αχ-τ、αγ-τ， 當(dāng)包絡(luò)點(diǎn)到測(cè)站Τ的站屯、斜距為L(zhǎng)時(shí)，簡(jiǎn)記Φ Τ = [ L，αχ-τ, Qy-T ] Τ?？蒞計(jì)算包絡(luò)點(diǎn)在中的矢量 位置為：
[00 創(chuàng)
Q)
[0033] 根據(jù)陣面的俯仰方位偏轉(zhuǎn)，通過(guò)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)可W計(jì)算出包絡(luò)點(diǎn)在NWZ坐標(biāo)系的位置 矢量；rτ和地屯、地固坐標(biāo)系中的位置矢量rGo。記Pτ = R(y，-Eτ)R(z，-Aτ)，式中R(x，Φ)、R(y， Φ)、R(z，Φ)分別表示矢量繞x、y、z軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度Φ的變換矩陣，Πτ表示位置矢量從站屯、 地平坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到站屯、赤道坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣，可W得到：
[0034]
似
[0035] 其對(duì)應(yīng)的反變換為?·φ (Φτ)二巧書(shū)柄〇 -心WC)，Rr-goc、Rt-goc分別表示接收站R和 發(fā)射站T在地屯、地固坐標(biāo)系下的位置矢量。
[0036] 針對(duì)軌道高度為哺勺空間碎片：
[0037]
鎖
[0038] 在圓錐角坐標(biāo)αχ-τ、αγ-τ確定的情況下，可W通過(guò)牛頓迭代法精確求解式(3)得到對(duì) 應(yīng)的斜距L = Lt-h，從而得到軌道高度為Η時(shí)波束空域相對(duì)測(cè)站Τ的包絡(luò)參數(shù)Φτ-Η。在此基礎(chǔ) 上，可W計(jì)算不同軌道高度下波束空域包絡(luò)在不同測(cè)站坐標(biāo)系下的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系如下式 (4)所示：
[0039]
(4)
[0040] 通過(guò)式(4)，在每個(gè)離散軌道高度Η下，就能夠進(jìn)行分布式雷達(dá)在測(cè)站Τ坐標(biāo)系下的 波束空域包絡(luò)φ T-H和在測(cè)站R坐標(biāo)系下的波束空域包絡(luò)φ R-H之間的相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)將原有 的Ξ維波束空間包絡(luò)投影到離散的二維角度指向ax-R、ay-R上進(jìn)行描述，為波束對(duì)齊提供定 量直觀的分析標(biāo)準(zhǔn)。
[0041 ](二）、分布式雷達(dá)的最優(yōu)化波束對(duì)齊參數(shù)求解
[0042] 第一步，對(duì)測(cè)站的最優(yōu)偏轉(zhuǎn)指向計(jì)算。對(duì)于僅有一發(fā)一收的情況，總會(huì)存在一組最 優(yōu)的偏轉(zhuǎn)指向角，使得收發(fā)波束的平面完全重合覆蓋，具體的優(yōu)化流程為:首先調(diào)整發(fā)射站 俯仰方位角使得接收站R到發(fā)射波束中屯、平面距離P最短，解決不同軌道高度波束發(fā)散的問(wèn) 題，其次調(diào)整接收波束中屯、平面的法線與發(fā)射波束中屯、平面的法線交角Θ最小，實(shí)現(xiàn)接收 波束對(duì)發(fā)射波束的最大范圍對(duì)齊覆蓋。最理想的優(yōu)化情況是P = 〇、Θ =0,即共面覆蓋。
[0043] 接收站R到發(fā)射波束中屯、平面的距離P( Ετ，At)表達(dá)式為式巧)所示：
[0044]
(5)
[0045] 接收波束中屯、平面的法線與發(fā)射波束中屯、平面的法線交角0(Er，Ar)表達(dá)式為 式(6)所示：
[0046]
嚇
[0047] 其中，單位矢量Ιχ=[1，0,0]τ。
[0048] 首先，計(jì)算發(fā)射站的最優(yōu)化指向Ε Τ、A Τ，最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：
[0049]
妨
[0050] -般情況下，Ετ、At取值的上限和下限都可W根據(jù)需求隨意調(diào)整。
[0051] 然后，將發(fā)射站的最優(yōu)偏轉(zhuǎn)指向代入接收站的偏轉(zhuǎn)指向最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)(8)中：
[0052]
(8)
[0053] W上最優(yōu)化方程組可采用內(nèi)點(diǎn)法迭代進(jìn)行求解，為防止陷入局域最優(yōu)化，可均勻 離散的選擇迭代初值，因?yàn)樽顑?yōu)化結(jié)果唯一，所W-般很容易收斂。
[0054] 第二步，最優(yōu)布站點(diǎn)位計(jì)算。對(duì)于一發(fā)一收的情況，總可W通過(guò)調(diào)整波束偏轉(zhuǎn)角實(shí) 現(xiàn)最優(yōu)的波束共面對(duì)齊，然而，很多大型分布式雷達(dá)會(huì)采用一發(fā)多收或者多發(fā)一收的布站 方式來(lái)實(shí)現(xiàn)空域覆蓋。W-發(fā)兩收為例，當(dāng)發(fā)射站和接收站站址確定后，收發(fā)波束仰角的偏 轉(zhuǎn)角都為0°時(shí)，即指向天頂。兩個(gè)接收站與地球質(zhì)屯、確定一個(gè)平面Ri〇R2,發(fā)射波束中屯、平面 確定一個(gè)平面，當(dāng)發(fā)射站不在Ri〇R2平面內(nèi)，無(wú)論如何偏轉(zhuǎn)波束指向，都不能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的波束 共面對(duì)齊，運(yùn)也是"電子籬倍"Ξ發(fā)六收的站址必須都在同一個(gè)大圓線上的根本原因。因此， 在很多情況下，需要適當(dāng)小范圍調(diào)整到最優(yōu)站址，實(shí)現(xiàn)波束對(duì)齊。
[0055] 電子籬倍"布站中的一發(fā)兩收站址為例，由于平面傾斜，現(xiàn)有的大圓線布站方 式就不能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)波束對(duì)齊。但是，可W通過(guò)調(diào)整任意一個(gè)站址的位置實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的波束對(duì) 齊，調(diào)整各個(gè)站址的目標(biāo)函數(shù)和原則都是相同的，如果要求移動(dòng)最小的距離，則可W調(diào)整中 間站址的位置。W調(diào)整發(fā)射站T的站址為例，原站址為ψ,η=μ,,,，灼調(diào)整的最優(yōu)站 址為Ψ,=[Λ,。仍.巧,f，函數(shù)Δ(Ψτ-Ψτο)表示站址調(diào)整前后的差異函數(shù)，可W直接是經(jīng)締 度的差矢量，也可W表示為移動(dòng)距離和方位的矢量。最優(yōu)化布站的目標(biāo)函數(shù)是在保證發(fā)射 站最優(yōu)波束偏轉(zhuǎn)指向角的基礎(chǔ)上，W兩個(gè)接收站到發(fā)射波束中屯、平面的距離和最短為標(biāo) 準(zhǔn)，即要將最優(yōu)化波束指向的求解結(jié)果Eτ-。pt、Aτ-。pt作為已知量來(lái)求解距離和最短的目標(biāo) 函數(shù)。兩個(gè)接收站到發(fā)射波束平面中屯、的距離和為式(9):
[0化6]
[0057]首先，計(jì)算發(fā)射站的最優(yōu)化站址Ψτ，及其對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)指向Ετ、At,最優(yōu)化目標(biāo)函 數(shù)為：
[0化引
[0059] 其中，Ετ、At都是在某一站址坐標(biāo)Ψτ上通過(guò)式(7)最優(yōu)化得到的，再將最優(yōu)化的 偏轉(zhuǎn)指向代入式（10)即可求解最優(yōu)的目標(biāo)函數(shù)值Γ ( Ψτ)，反復(fù)優(yōu)化迭代求解就可得到最 終的站址Ψτ和對(duì)應(yīng)的Eτ、Aτ。Δ(Ψτ-Ψτo)的上限和下限可W根據(jù)移動(dòng)站址的實(shí)際限制進(jìn) 行確定，可W表示Ψτ與Ψτο的經(jīng)締度坐標(biāo)差值的上限和下限，也可W表示兩站址之間的距 離差和方位偏轉(zhuǎn)的上限與下限。
[0060] 在獲得發(fā)射站的最優(yōu)站址和偏轉(zhuǎn)角度后，將接收站Ri和R2的站址信息代入式(8) 中，計(jì)算兩個(gè)接收站的最優(yōu)偏轉(zhuǎn)角：
[0061]
[0062] 第Ξ步，最優(yōu)收發(fā)波束空域覆蓋計(jì)算。隨著相控陣技術(shù)的發(fā)展，大型分布式空間監(jiān) 測(cè)雷達(dá)設(shè)計(jì)中，當(dāng)站址選擇或者波束指向受到地理?xiàng)l件、電磁環(huán)境等影響無(wú)法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)波 束對(duì)齊時(shí)，就可W采用多層接收波束最優(yōu)覆蓋發(fā)射波束的方式進(jìn)行波束對(duì)齊。
[0063] 此時(shí)，就需要用多個(gè)楠圓形的接收波束最優(yōu)的無(wú)縫覆蓋發(fā)射波束在接收站的錐角 坐標(biāo)投影區(qū)域。由于多個(gè)楠圓要實(shí)現(xiàn)無(wú)縫拼接，則需要相互之間存在一定重合度，楠圓的實(shí) 際有效覆蓋面積為中屯、矩形面積。最優(yōu)化覆蓋的目的就是用最少的波束(楠圓）個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì) 待覆蓋投影區(qū)域的無(wú)縫拼接。對(duì)于二維的投影范圍，可W表示為在定義域區(qū)間內(nèi)，上下兩條 邊界曲線包含的區(qū)域。對(duì)于上下邊界高度差為h的區(qū)域，可W采用不同層數(shù)的楠圓進(jìn)行覆 蓋，層數(shù)過(guò)多，則上下楠圓重疊區(qū)域冗余多，層數(shù)過(guò)少，則左右楠圓重疊區(qū)域冗余多。因此， 對(duì)某一段高度為h的覆蓋區(qū)域，選擇合適的覆蓋層數(shù)，使得楠圓的有效矩形區(qū)域面積最大， 就能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)化波束覆蓋。
[0064] 設(shè)楠圓長(zhǎng)半軸為曰，短半軸為b，待覆蓋區(qū)域的上下邊界高度為h，分別采用N層、Μ層 (Ν>Μ)楠圓進(jìn)行波束覆蓋，在使用Μ*Ν個(gè)相同波束時(shí)，二者的有效覆蓋面積分別為：
[0065]
口巧
[0066] 當(dāng)SnパM時(shí)，采用Ν層楠圓覆蓋比Μ層波束更優(yōu)。因此，巧
，可W計(jì)算 選擇N層波束做最優(yōu)覆蓋的切換口限條件為： [0067] h/b> Λ (13)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種大型分布式空間監(jiān)測(cè)雷達(dá)的最優(yōu)化波束對(duì)齊方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一、讀入待分析的多個(gè)初始站址參數(shù)； 步驟二、根據(jù)步驟一的站址參數(shù)，按照下式分別計(jì)算發(fā)射站、接收站的最優(yōu)測(cè)站偏轉(zhuǎn)角 度，即發(fā)射站俯仰角Ετ、發(fā)射站方位角AT、接收站俯仰角ER、接收站方位角AR:其中P( ET，AT)為接收站R到發(fā)射波束中心平面的距離；Θ ( Er，Ar)為接收波束中心平 面的法線與發(fā)射波束中心平面的法線交角； 步驟三、將步驟一和步驟二中計(jì)算得到站址、偏轉(zhuǎn)角度代入式(3)，根據(jù)基于圓錐角度 坐標(biāo)的收發(fā)波束二維投影分析方法進(jìn)行發(fā)射波束投影：Rr-GC)(；、Rt-GC1C分別表不接收站R和發(fā)射站T在地心地固坐標(biāo)系下的位置矢量；Πτ/R表不位置矢 量從站心地平坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到站心赤道坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣;Ρτ/R表示位置矢量從陣面坐標(biāo)系 轉(zhuǎn)換到站心地平坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣；包絡(luò)線上軌道高度為η的各點(diǎn)表示為Φ Τ/κ-Η=α， ax-T/R，ay-T/R]T，其中包絡(luò)點(diǎn)到測(cè)站的站心斜距為L(zhǎng)，在測(cè)站各自陣面坐標(biāo)系O-xyz的圓錐角度 坐標(biāo)<^- 1'/[?、€^-1'/[?;^(4>17[?〇表示包絡(luò)線各點(diǎn)在地心地固坐標(biāo)系下的位置矢量，1'/1?表示發(fā) 射站或者接收站； 步驟四、在發(fā)射波束投影圖中，根據(jù)最優(yōu)波束覆蓋計(jì)算方法，利用最優(yōu)門(mén)限對(duì)發(fā)射波束 投影區(qū)域進(jìn)行排列覆蓋，給出每個(gè)接收波束指向，并對(duì)收發(fā)覆蓋情況進(jìn)行直觀評(píng)估，若滿足 要求，則結(jié)束整個(gè)流程;否則，執(zhí)行步驟五； 步驟五、將初始站址代入最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，按照約束條件(4)迭代求解最優(yōu)站址：其中，兩個(gè)接收站到發(fā)射波束平面中心的距離和為r ( ΨΤ)，ΨΤ為最優(yōu)站址，Ψτο為原始 站址，Δ ( Ψτ-Ψτ〇)為兩站址的差異函數(shù)，Ατ為偏轉(zhuǎn)指向，lower limit、upper limit為差 異函數(shù)的上限和下限，根據(jù)移動(dòng)站址的實(shí)際限制進(jìn)行確定； 步驟六、將步驟五計(jì)算的最優(yōu)站址后代入步驟一中，重新進(jìn)行波束覆蓋，滿足設(shè)計(jì)要求 后結(jié)束整個(gè)流程。
【文檔編號(hào)】G01S13/00GK105824019SQ201610156290
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年3月18日
【發(fā)明人】黃劍, 王東亞, 于益農(nóng), 王珂
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍63921部隊(duì)